肖向東 鄔俊文 魏雅康

中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司

1 引言

建筑廢料是施工單位從事掘土挖方、樓宇建筑、隧道等施工活動產(chǎn)生的材料混合物，含碎片、瓦礫、磚塊、混凝土、石塊和渣土等。香港某工程需造陸650 hm2，需要總回填量約1億m3，原計劃主要回填料為內(nèi)地海砂。然而，受內(nèi)地政府海砂出口限制，原計劃海砂無法順利組織到場。工程急需在香港尋找新的回填料作為替代。

經(jīng)設(shè)計研究，本工程在香港將軍澳建筑廢料堆填區(qū)臨海區(qū)域新建臨時港口、篩分出運裝船系統(tǒng)，篩選出100 mm以內(nèi)的建筑廢料，裝船運輸至工程所在地回填。

2 建筑廢料篩分裝船系統(tǒng)裝卸工藝方案及設(shè)備選型

根據(jù)建筑廢料2 000萬t回填量的需求和2年生產(chǎn)周期的計劃，計劃在臨時港口建設(shè)3條建筑廢料篩分出運裝船生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率為900 t/h。

2.1 港口建筑廢料篩分裝船系統(tǒng)工藝流程

經(jīng)過對地理條件、建設(shè)經(jīng)費、運營成本等多方面分析，港口篩分裝船系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 建筑廢料篩分生產(chǎn)工藝流程

具體工藝流程為：

(1)自卸汽車從填料庫運載建筑廢料經(jīng)地磅至卸車平臺。

(2)自卸汽車在卸車平臺上卸載建筑廢料至2個卸料點。

(3)每個卸料點對應(yīng)1個棒條振動給料機(VGF1/2)，對卸載建筑廢料進(jìn)行初級篩選，淘汰200 mm以上的建筑廢料，主要為不規(guī)則混凝土、石塊等。

(4)每個棒條給料機分別對應(yīng)1條皮帶機(BC1/BC2)，將初級篩選后的物料各自運輸至振動篩(VGS1/VGS2)。

(5)振動篩對來料進(jìn)行二級篩選，淘汰100 mm以上的建筑廢料，篩選合格的100 mm內(nèi)物料落至BC3皮帶機。

(6)BC3皮帶機將合規(guī)格的建筑廢料轉(zhuǎn)運至BC4固定懸臂皮帶機(外伸出海)進(jìn)行裝船作業(yè)。

(7)振動給料機和振動篩淘汰的不合規(guī)格物料(廢料)通過自卸汽車運輸至場地后方廢料存放區(qū)。

2.2 建筑廢料篩分出運系統(tǒng)設(shè)備選型

根據(jù)單個卸車點可達(dá)到的卸車效率，確定一級篩分即棒條振動給料機處理能力為800 t/h。顆分試驗表明100 mm以上建筑廢料占比達(dá)30%，確定篩出后的100 mm以內(nèi)合格料最大能力為1 200 t/h。

經(jīng)過分析測算，篩分生產(chǎn)裝船系統(tǒng)主要設(shè)備選型見表1。

表1 單條篩分生產(chǎn)線主要設(shè)備選型

(續(xù)表1)

2.3 出運裝船系統(tǒng)選型

建設(shè)傳統(tǒng)的靠船泊位，需在岸邊的前方水域打樁施工或基槽開挖，對已有海域有擾動；其次施工需要調(diào)遣大型船舶機械，工序復(fù)雜、周期長、成本高。鑒于本工程出運裝船系統(tǒng)的泊位為臨時使用、船型較小，為了施工快且成本低，設(shè)計采用懸臂鋼結(jié)構(gòu)外懸出海作為靠船構(gòu)件，每個靠船泊位設(shè)置2個外懸臂鋼結(jié)構(gòu)，其型式為：鋼結(jié)構(gòu)主框架的主體部分朝外伸出于海岸線之外形成鋼架懸臂式結(jié)構(gòu)，后部與埋于土中的平衡箱體焊接成一個整體，平衡箱埋于土中且裝滿填料形成一個平衡結(jié)構(gòu)[1-2]；在主框架的前端設(shè)置護(hù)舷，作為靠船構(gòu)件(見圖2)。

1.靠船護(hù)舷 2.主體框架 3.泊位前沿線 4.平衡箱圖2 懸臂鋼結(jié)構(gòu)靠船泊位結(jié)構(gòu)型式

3 建筑廢料篩分出運裝船效率提升措施

3.1 建筑廢料物料特性

根據(jù)顆粒試驗分析，建筑廢料含泥量高達(dá)25%。在雨季含水率升高的影響下，物料粘結(jié)性強、黏附性強、流動性差。建筑廢料另一特性是物料多元化。由于建筑廢料來源很廣，物料內(nèi)部天然含有大量雜質(zhì)，如無規(guī)則石塊和混凝土、鋼筋、鋼管等。

3.2 試運行階段效率較低的原因分析

由于建筑廢料黏附性強和物料多元性等原因，在篩分生產(chǎn)初期階段，篩分設(shè)備對物料適應(yīng)性低，總體生產(chǎn)效率較低，綜合平均生產(chǎn)效率僅為設(shè)計的50%(450 t/h)，經(jīng)過分析，主要原因為：

(1)透篩面積小。棒條給料機寬度2.4 m，長度6 m，其中盲板區(qū)長4.2 m，棒條區(qū)長1.8 m，其可透篩面積僅為2.4 m×1.8 m=4.32 m2。建筑廢料經(jīng)盲板區(qū)域拋射振動輸送至棒條區(qū)，盲板過長導(dǎo)致建筑廢料滑入棒條區(qū)位移大，運動時間長，加之透篩面積小，從而導(dǎo)致篩分時間長。

(2)篩面角度小。棒條給料機篩面角5°，而建筑廢料物料粘結(jié)性強，粘附力大。篩面角度過小導(dǎo)致物料在給料機上所受的主動下滑力小，摩阻力大，物料易結(jié)塊粘滯在盲板，難以流動至棒條透篩區(qū)。

(3)透篩孔隙卡阻或堵塞。建筑廢料物料多元化，內(nèi)含規(guī)則形狀不一的混凝土和石塊。在棒條給料機生產(chǎn)過程中，不規(guī)則石塊由于給料機振動影響，一定比率的不規(guī)則石塊剛好卡阻在棒條間，導(dǎo)致后續(xù)越來越多的石塊緊隨卡阻，從而減小透篩面積，甚至造成篩面堵塞，影響物料透篩。

(4)堵料。建筑廢料粘附性強，易在落料漏斗四角粘附堆積起拱造成漏斗堵塞，人工清堵增加了停機時間，降低了有效作業(yè)生產(chǎn)時間。

3.3 建筑廢料裝船效率提升措施

根據(jù)給料設(shè)備生產(chǎn)能力公式：

(1)

(2)

式中，F(xiàn)0為給料設(shè)備槽體橫斷面積；K1、K2為與物料特性有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)；α為給料設(shè)備篩面角度；A、ω、β為給料設(shè)備振幅、角頻率、振動方向角；D為拋擲指數(shù)，建議1

從公式可以看出，給料設(shè)備生產(chǎn)能力與許多參數(shù)有關(guān)系。盡管本工程設(shè)備已建成并試運行，給料機設(shè)備部分參數(shù)如設(shè)備頻率、振幅和振動方向角已無法改變，但其篩面角度、透篩面積存在調(diào)整空間。因此，通過改變設(shè)備部分參數(shù)來提高給料機生產(chǎn)效率：

(1)增加透篩面積。即調(diào)整給料機盲板和棒條長度，盲板長度縮短至1.8 m，棒條長度增加至4.2 m。改造后的給料機透篩面積增加至2.4 m×4.2 m=10.08 m2，是原透篩面積的2.3倍，從而增大篩分效率。

(2)增大給料機篩面角度。為降低成塊成團的建筑廢料在給料機篩面上的粘滯摩擦阻力，改造給料機前后四角彈簧高差，將篩面角度從5°增加至9°，從而增大給料機拋擲指數(shù)，加快物料透篩，增大篩分效率(見圖3)。

1.前彈簧 2.機架 3.激振器 4.驅(qū)動電機 5.后彈簧 6.棒條橫梁 7.后彈簧 8.棒條圖3 給料機結(jié)構(gòu)形式

針對建筑廢料多元性的物料特性，從減低給料機卡料、堵料角度出發(fā)，在設(shè)備工藝上提高給料機生產(chǎn)效率：

(1)增加棒條級數(shù)。棒條區(qū)加長后，將棒條做成2到3級階梯狀，階梯處高差200 mm。成團結(jié)塊的建筑廢料在各級棒條交接處墜落，使塊體落差受沖擊松散，增加物料流動性和松散性，加快透篩。

(2)改變棒條形狀。將棒條頂部加工成前寬后窄的形式，使棒條間的透篩孔隙形成喇叭狀；且在棒條2側(cè)加焊36 mm鋼筋。不規(guī)則石塊下滑空間不僅越來越大，而且其與棒條相切成為單點接觸，有效減少其和棒條間的摩擦阻力，使其迅速滑出棒條區(qū)進(jìn)入廢料區(qū)。

(3)增大落料漏斗側(cè)壁角度。借鑒曲線落煤點的弧度狀漏斗技術(shù)，將給料機下緩沖漏斗側(cè)壁交接處增加1塊過渡鋼板，使相鄰漏斗側(cè)壁由銳角改變?yōu)?個鈍角，可有效降低建筑廢料粘附漏斗積料概率；其次，借鑒空氣炮清堵的原理，在漏斗側(cè)壁拐角處安裝小孔徑水管，可對側(cè)壁積料進(jìn)行沖擊提前清理積料，預(yù)防堵料。

3.4 設(shè)備改進(jìn)后提升效果

設(shè)備經(jīng)過調(diào)整改進(jìn)后，建筑廢料在篩分源頭給料機處流動性和物料松散度均高于改造前，且透篩面積增大約2倍，其透篩能力隨之增強；物料粘度導(dǎo)致的堵料問題得到了有效抑制，減少了停機清堵，相對延長了篩分作業(yè)時間。

改進(jìn)后的篩分裝船效率由450 t/h提升至800～1 000 t/h。截止目前，2年內(nèi)已成功篩分生產(chǎn)近1 900萬t合格料，給回填工程提供了強有力的供料支撐。

4 結(jié)語

針對建筑廢料分裝運船難題，在工藝流程設(shè)計、設(shè)備選型、運營效率等方面進(jìn)行了實踐，取得了良好的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益：

(1)解決了建筑廢料篩分效率較低的問題，使改造后的設(shè)備基本滿足設(shè)計產(chǎn)能，為項目的順利實施創(chuàng)造了條件。

(2)提高生產(chǎn)效率后的篩分生產(chǎn)線為本項目提供了穩(wěn)定的填料保障，降低了外購砂的依賴。相對價格高昂的外購砂，建筑廢料回購零成本，經(jīng)濟效益顯著。

(3)為國內(nèi)外實施建筑廢料的再利用項目提供技術(shù)支撐，既可以解決回填料不足的問題，也可以解決建筑廢料堆填處理難的問題。